Solarmodule werden für die Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt und nutzen Sonnenlicht als erneu- erbaren Energieträger. Sie sind unter diesem Aspekt als ressourcenschonend anzusehen. Ein Einsatzgebiet von Solarmodulen ist die Stromerzeugung zur Selbst- versorgung im Haushalts-und gewerblichen Bereich und die Einspeisung in das allgemeine Stromnetz. Ein wei- teres wichtiges Anwendungsgebiet von Solarmodulen ist der Einsatz in Bereichen, in denen die Netzanbindung eines elektrischen Gerätes nicht oder nur mit erheb- lichem Aufwand möglich ist. Beispielhaft seien Geräte zur Verkehrsbeeinflussung, Navigationssysteme, por- table Handgeräte oder zeitlich befristete Einrichtun-

gen genannt.

Solarzellenstrings bestehen aus miteinander elek- trisch verbundenen Solarzellen, die z. B. auf einer Leiterplatte fixiert werden können. Solarzellen- strings stellen hinsichtlich Erschütterungen, Kli- maeinflüssen und Feuchtigkeit hochempfindliche Pro- dukte dar. Die Dicke der Solarzellen von nur 200 bis 400 um sowie ihre geringe Flexibilität und die offen- liegenden Kontakte machen zum Schutz von Umweltein- flüssen und mechanischen Beschädigungen die Einbet- tung in ein widerstandsfähiges und inertes Material notwendig. Ein weiterer Vorteil einer Einbettung ist die bessere optische Anpassung zwischen Solarzelle und Frontscheibe. Als Einbettungsmedien werden heute überwiegend transparente Gießharze, z. B. Epoxid-, Acryl-oder Polyurethan-Harze sowie Silikonharze ver- wendet.

Zur Erreichung der erforderlichen elektrischen Lei- stung oder auch der Spannung werden meistens mehrere Solarzellen zu Solarzellenstrings zusammengefaßt. Die Auswahl des Einbettungsmediums richtet sich nach der Anwendung des Solarmoduls und den daraus resultieren- den Belastungen, denen es im Normalbetrieb ausgesetzt ist.

Üblicherweise werden die Solarzellenstrings in ein Gehäuse montiert und dann in diesem Gehäuse durch ein zusätzliches Einbettungsmedium geschützt. Gegenwärtig werden überwiegend aushärtende Zweikomponenten- Kunstharze als Einbettungsmedien verwendet. Die Kom- ponenten des Harzes werden gemischt und flüssig in den Raum zwischen Solarmodul und Gehäuse eingegossen, wo sie produktabhängig in einem Zeitraum von wenigen Stunden bis Tagen aushärten.

Alternativ werden Solarzellenstrings auch in Glas/Glas-, Glas/Folien-oder Alu/Folienlaminaten etc. mit einer bei höheren Temperaturen vernetzenden Laminatfolie einlaminiert.

Allgemein werden an ein aushärtendes Einbettungsmedi- um für Solarzellen folgende Anforderungen gestellt : Es soll eine hohe Transmission für Licht im sichtbaren Bereich bzw. im spektralen Arbeits- bereich der Solarzelle aufweisen.

Es muß elektrisch nichtleitend sein.

Das Ausdehnungsverha. lten sollte sich möglichst nicht zu stark von dem der Solarzellen und der anderen verwendeten Materialien unterscheiden, um Schubspannungen in den Grenzflächen und Ablö- sungen zu vermeiden. Insbesondere bei Einbettung zwischen Materialien mit stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten muss das Medium eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um Schubspannungen zu vermeiden.

Unter dem Einfluß der Lichteinstrahlung soll eine hohe Transmission und chemische Stabilität gewährleistet sein.

Es soll eine hohe Stabilität gegenüber Wit- terungseinflüssen sowie allgemein gegen Feuch- tigkeit und Temperaturschwankungen aufweisen.

Bei Solarmodulen im Außeneinsatz liegen die in nerhalb des Moduls auftretenden Temperaturen üblicherweise zwischen-40 und +90 °C.

Der Brechungsindex sollte möglichst zwischen dem von Glas bzw. dem Frontseitenmaterial und dem üblicher Solarzellenoberflächen liegen.

Aus den unterschiedlichen Einsatzgebieten von Solar- modulen ergeben sich daneben auch spezielle Anforde- rungen an die Eigenschaften der Einbettungsmedien. So sind z. B. für Solarmodule, die starken Erschütterun- gen ausgesetzt sind, Vergussmassen zu bevorzugen, die auch im ausgehärteten Zustand eine hohe Flexibilität aufweisen, um Beschädigungen der Solarzellen zu ver-- hindern. Des weiteren spielen die Kosten eine erheb- liche Rolle bei der Auswahl des Einbettungsmediums.

Die Preise für die verschiedenen Materialien können stark variieren.

Aus der DE 27 12 172 AI ist ein Einkapselungsmaterial für Solarzellen bekannt, bei dem verschiedene Polyme- risate, z. B. Polypropylen, Polyisopren oder Polybuta- dien als Vergussmassen vorgeschlagen werden.

Die DE 28 25 034 AI beschreibt eine Solarscheibe so- wie ein Verfahren zu deren Herstellung, bei dem als Vergussmasse aushärtbare Acrylsäureverbindungen ein- gesetzt werden.

Die Verarbeitung von duroplastischen Mehrkomponen- tenharzen ist nicht unproblematisch. Zum Teil sind die flüssigen Einzelkomponenten gesundheitsschädlich und umweltgefährdend. Die Handhabung und Verarbeitung kann erheblichen technischen Aufwand und praktische Erfahrung erfordern.

Bei den Stoffen für die Solarmodulherstellung handelt es sich meist um Zwei-Komponenten-Harze. Bei ihrer Anwendung muß auf die Einhaltung des Mischungsver- hältnisses geachtet werden. Bei einigen Harzen sind

verschiedene Einstellungen hinsichtlich ihrer endgül- tigen Härte durch die Wahl unterschiedlicher Mi- schungsverhältnisse möglich. In Abhängigkeit von die- sem Verhältnis muß dann jedoch, ggf. die Zugabe weite- rer Komponenten, wie z. B. Katalysatoren, neu berech- net werden.

Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Einbet- tungsmedium und dem Solarmodul sowie dem umgebenden Gehäuse zu gewährleisten, ist meist die Verwendung von sogenannten Primern oder Haftvermittlern notwen- dig, die auf die jeweils verwendeten Materialien ab- gestimmt sein müssen.

Für die Verarbeitbarkeit der Harze ist ihre Viskosi- tät von besonderer Bedeutung. Bei der Verwendung hochviskoser Medien ist die Gefahr groß, daß es wäh- rend des Vergießen zur Bildung von Lufteinschlüssen bzw. nicht ausgefüllten Bereichen kommt. Bei manchen Harzen läßt sich die Viskosität zwar durch Erwärmung herabsetzen, dadurch wird aber gleichzeitig die Topf- zeit, d. h. die Zeit, in der, das Material, verarbeitet werden kann, verringert.

Allen verwendeten Materialien ist gemeinsam, daß sich nach dem Verguß eines Solarmoduls mit einem aushär- tenden Kunstharz Fehler, die während oder nach dem Verguß auftreten, nicht mehr korrigieren lassen. Das gilt für Beschädigungen einzelner Solarzellen ebenso wie für die Bildung von Lufteinschlüssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu be- seitigen und Solarmodule bereitzustellen, die auf si- chere Art und. Weise in ein Gehäuse eingebaut sind, wobei die Systeme einfach zu handhaben und in toxiko-

logischer Hinsicht optimiert sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Solarmo- dul mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vor- teilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 24 und 25 wird die Verwendung der erfindungsgemäßen So- larmodule beschrieben.

Erfindungsgemäß wird ein Solarmodul mit zumindest be- reichsweise licht-und UV-durchlässigem Gehäuse be- reitgestellt. Dieses Gehäuse ist mit einer flüssigen Matrix gefüllt, in die das Solarmodul eingebettet ist. Kennzeichnend für die Erfindung ist nun, daß die Matrix auch beim Betrieb des Solarmoduls unter den hierfür charakteristischen Betriebsbedingungen, wie einer Gehäuseinnentemperatur zwischen-40 und 90°C, als Fluid vorliegt. Es kommt dabei nicht zu einem Aushärtevorgang, der wie beim Stand der Technik zur Fixierung des Solarzellenstrings im Gehäuse führt.

Mit dieser Erfindung sind folgende Vorteile verbun- den : - Durch die Verwendung einer flüssigen Matrix wird der Verarbeitungsvorgang zur Montage des Solarmoduls im Gehäuse vereinfacht. Es fallen keine Topf-und Aushärtezeiten an.

Die flüssige, nicht aushärtende Matrix läßt sich für Reparatur-und Austauscharbeiten ent- fernen und wiederverwenden, wodurch nach Ge- brauchsende ein Recycling der Einzelkomponenten grundsätzlich vereinfacht wird.

Die Matrix ist grundsätzlich für ein werkstoff-

liches Recycling zugänglich.

Ein nicht aushärtendes Fluid als Matrix über- trägt keinerlei Schubspannungen, so daß Wärme- ausdehnungsvorgänge nicht zu kritischen Spannun- gen an den empfindlichen Solarzellen oder zum Ablösen von Bauteilen, z. B. des Gehäuses, von der Matrix führen können.

Die erfindungsgemäßen Fluide besitzen hervorra- gende Dämpfungseigenschaften gegenüber Erschüt- terungen und Schläge.

- Die erfindungsgemäßen Fluide weisen eine ver- gleichbare Brechungszahl wie Glas und Kunst- harze auf, wodurch die optische Transmission zwischen Solarzellen und Frontscheibe erhöht wird.

Vorzugsweise besteht das Fluid aus wässrigen, öl- oder gelartigen Komponenten. Hierzu zählen bevorzugt Komponenten aus der Gruppe Wasser, anorganische und organische Säuren, ein-und mehrwertiger Alkohole, Parafine, Öle, Fette, Fettsäuren, Fettsäureester, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Ether und aromatische Kohlenwasserstoffe. Ebenso können sich die Fluide auch aus den Mischungen der eben genannten Komponen- ten zusammensetzen. Exemplarisch sind einige weitere erfindungsgemäße Fluide in Tabelle 1 und 2 aufge- führt.

Tabelle 1 Organische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffe (KW) Aliphatische KW Acyclische KW Gesättigte KW <BR> <BR> Ungesättigte KW<BR> Cyclische KW Gesättigte KW Ungesättigte KW Aromatische KW Alkohole Einwertige Alkohole Mehrwertige Alkohole Aldehyde Ketone Carbonsäuren (einschließlich Fettsäuren) Ester (einschließlich Lipide (Fette + fet te Öle) und Wachse), einschließlich Ester von Alkoholen mit anorganischen Säuren) Ether Nitroalkane Amine Primäre Amine Sekundäre Amine Tertiäre Amine Säureamide Nitrile weitere Heterocyclen Derivate (Abkömmlinge, Substitutions- produkte der obigen Klassen) Tabelle 2 Anorganische Flüssigkeiten Wasser Säuren Höhere Elementwasserstoffe (z. B. Borane oder Silane) Verbindungen von Nichtmetallen unter- einander (z. B. Borazol) Derivate der obigen Klassen

Vorzugsweise weist das Fluid eine Brechungszahl zwi- schen 1,3 und 1,9, bevorzugt zwischen 1, 45 und 1,7 auf. Dies entspricht den Brechüngsindizes von Glas, Kunststoff und den Oberflächen typischer Solarzellen, so daß die transparenten Eigenschaften derartiger So- larsysteme durch die Matrix nicht negativ beeinflußt werden.

Vorzugsweise weist das Fluid eine Viskosität zwischen 0,1 und 104 mPas auf.

Vorzugsweise besitzt das Fluid elektrisch isolierende sowie nicht hygroskopische Eigenschaften.

Das Fluid kann bevorzugt weitere Additive enthalten.

Hierfür kommen beispielsweise Stabilisatoren zur Er- höhung der Alterungs-und Witterungsbeständigkeit in Frage.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die erfin- dungsgemäße Matrix bei in der Solartechnik üblichen Schichtdicken von ca. 2 mm eine mittlere Transmission

von über 93 %, bevorzugt über 96 % im spektralen Be- reich von 200-1100 nm auf. Bei Verwendung unter Ta- geslichtspektrum und unter Berücksichtigung üblicher Materialien für Solarzellen und transparenter Abdek- kung liegt der effektiv nutzbare Bereich typischer- weise bei 400-1000 nm.

Vorzugsweise werden Fluide eingesetzt, die innerhalb des Betriebstemperaturbereich des Solarmoduls, also bei Gehäuseinnentemperaturen von-40 bis 90°C che- misch stabil sind. Die Fluide sollten in diesem Be- reich ihren Aggregatzustand nicht verändern sowie ei- nen niedrigen Dampfdruck aufweisen.

Vorzugsweise besitzt das Gehäuse mindestens eine Öff- nung zum Befüllen, Entlüften und Entleeren. Derartige Öffnungen können dann z. B. mit einem Stopfen, einem Schraubverschluß, mit Klebstoff oder auch mit einer Schweißnaht verschlossen werden. Eine andere Ausfüh- rung sieht vor, daß das Solarmodul mit einer über ei- ne Hohlnadel passierbare Dichtung verschlossen ist.

Dadurch wird es ermöglicht, daß die Dichtung mit ei- ner Hohlnadel durchstochen wird, wodurch eine einfa- che Möglichkeit zur Befüllung des Gehäuses mit dem Fluid ermöglicht wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Gehäuse mindestens eine Druckausgleichsvorrichtung aufweist, mit dem ein Druckausgleich des geschlosse- nen Systems bei wechselnden äußeren Bedingungen, z. B.

Temperaturschwankungen, erfolgen kann. Dies kann z. B. in Form einer Membran oder einer volumenvariablen Ausgleichskörper, der sich innerhalb des Fluids be- findet, erfolgen.

Alternativ ist es auch möglich, daß ein Druckaus-

gleich durch eine Hubbewegung der unteren und/oder oberen Platte erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Solarzellenstring über mindestens eine Dich- tung im Gehäuse befestigt ist. Der Solarzellenstring kann dabei aus einzelnen Solarzellen bestehen, die entweder lose elektrisch oder über eine Leiterplatte miteinander verbunden sind. Im letzteren Fall wird bei der Montage eine erhöhte Stabilität erzielt.

Die Konstruktion des Gehäuses kann so ausgestaltet sein, dass die Leiterplatte die hintere Abschlusswand dees Gehäuses bildet. Alternativ kann das Gehäuse auch front-und rückseitig aus 2 Platten gebildet werden, die umlaufend an den Kanten über einen dich- tenden Rahmen verbunden sind. Die Dichtung kann gene- rell auch so großvolumig und flexibel ausgeführt sein, dass sie die Funktion der volumenvariablen Aus- gleichskörpers übernimmt.

Verwendung finden derartige Solarzellenmodule für die Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht insbesondere für mobile elektrische Geräte. Hierzu zählen bei- spielsweise Navigationsgeräte, Laptop-Computer etc.

Weitere Anwendungen sind großflächige Solarmodule für stationäre Anlagen, z. B. zur Netzeinspeisung an Haus- fassaden oder in Solarkraftwerken.

Anhand der folgenden Figuren soll der erfindungsgemä- ße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen da- mit auf die genannten Ausführungsbeispiele zu be- schränken.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit Gehäuse in perspektivischer Darstellung ;

Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ; Figur 3 zeigt die Befüllung der Vorrichtung in ei- ner Schnittdarstellung ; Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in gefülltem Zustand in einer Schnittdarstel- lung ; Figuren 5-7 zeigen Darstellungen von Einbauvarianten des Solarmoduls in das Gehäuse.

In Figur 1 ist ein in einem Gehäuse 1 montiertes So- larmodul 3 dargestellt. Das Gehäuse wird dabei mit- tels einer Glasscheibe 2 dichtend abgeschlossen. Wei- ter weist das Gehäuse 1 zwei Öffnungen auf, eine Ein- füllöffnung 4 sowie eine Entlüftungsöffnung 5. Wäh- rend über die Einfüllöffnung 4 das Fluid in das Ge- häuse gefüllt wird, kann die im Gehäuse vorliegende Atmosphäre über die Entlüftungsöffnung 5 entweichen.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Membran 6 für den Druckausgleich auf.

Figur 2 zeigt eine zu Figur 1 analoge Vorrichtung, wobei diese im Schnitt dargestellt ist. Im Gehäuse 1 ist dabei ein Solarzellenstring, der aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten Solarzellen 8 be- steht, angeordnet. Gleichzeitig wird das Gehäuse zu einer Seite mit einem Glasdeckel 2 verschlossen. Das Gehäuse weist weiterhin an einer Gehäuseseite eine Einfüllöffnung 4 und eine Entlüftungsöffnung 5 sowie eine Druckausgleichsmembran 6 auf.

Figur 3 zeigt in der Schnittdarstellung die Befüllung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei wird an die Einfüllöffnung 4 ein Schlauch 9 angeschlossen, über den das Fluid 11 in das Gehäuse gefüllt wird.

Die Befüllung erfolgt dabei so lange, bis die im Ge-

häuse befindliche Atmosphäre über die Entlüftungsöff- nung 5 und den daran angeschlossenen Schlauch 10 ent- wichen ist. Somit kann garantiert werden, daß das Ge- häuse vollständig mit dem Fluid 11 gefüllt ist.

In Figur 4 ist das vollständig mit Fluid 11 befüllte Gehäuse 1 dargestellt. Das Austreten des Fluid 11 aus dem Gehäuse 1 kann dadurch verhindert werden, daß die Einfüllöffnung 4 und die Entlüftungsöffnung 5 mit Verschlußstopfen 12 und 13 verschlossen werden. Hier- für kommen sowohl Schraubverbindungen als auch Stop- fen in Frage. Ebenso ist es möglich, durch Schweiß- techniken oder einen Klebstoff die Öffnung dichtend zu verschließen.

Figur 5a stellt eine Variante für die Montage des So- larzellenstrings in dem Gehäuse dar. Der hier vorlie- gende Solarzellenstrings, das aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten Solarzellen 8 besteht, ist über Gummidichtringe 14, 14 an der Innenseite sich gegenüberliegender Wände des Gehäuses 1 befe- stigt. In Figur 5b ist beispielhaft die Ausgestaltung einer Variante für eine derartige Gummidichtung dar- gestellt.

In Figur 6 ist ein wannenförmiges Gehäuse 1 darge- stellt, das mit dem aus der Leiterplatte 7 und Solar- zellen 8 bestehenden Solarmodul verschlossen ist. Auf der dem Solarmodul gegenüberliegenden Seite des Ge- häuses ist dieses transparent ausgestaltet, so daß die Strahlungsdurchlässigkeit gewährleistet ist. Das Solarmodul ist über z. B. Klemmen 1. 6 (Fig. 6b) oder Schrauben 17 (Fig. 6c) mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbunden. Gleichzeitig wird der direkte Kontakt zwi- schen Solarzellenleiterplatte und Gehäuse durch Dich- tungen 15, 15'verhindert.

In den Figuren 7a, 7b und 7c sind weitere Variante für die Anordnung des Solarzellenstrings in dem Ge- häuse in der Draufsicht und im Schnitt dargestellt, wobei das Gehäuse hier einen Rahmen 18 darstellt, in dem sowohl das Solarmodul, bestehend aus der Leiter- platte 7 und den Solarzellen 8 als auch eine Glas- scheibe 2 eingesetzt sind. Sowohl die Glasscheibe 2 als auch das Solarmodul werden über Dichtungen 19 ge- genüber dem Rahmen abgedichtet. Figur 7c zeigt eine Variante, bei der ein Solarmodul, bestehend aus zwei Glasscheiben 2, 2, einen Abstandshalter 20 und einer Solarzelle 8, dargestellte-.. ist. Die beiden Glasplatten werden hierbei über eine Dichtung 2 beabstandet.